中关铁矿堵水帷幕稳定性初步研究

论文摘要

中关铁矿床赋存于闪长岩与奥陶系中统石灰岩接触带,矿体埋藏深,水文地质条件复杂。为保护地下水资源,合理开发矿产资源,河北钢铁集团矿业有限公司决定在中关铁矿采用全封闭的帷幕注浆堵截地下水。帷幕形成以后,在帷幕区域内外产生较大的水力梯度,加之帷幕区域内部一直进行开采活动,使矿床越来越靠近帷幕,高水压及开采活动势必对帷幕区域的稳定性产生影响。为此,本文对采动条件下帷幕和开采区的渗流应力场分布和稳定性进行了数值计算分析。研究内容主要有以下几个方面：(1)全面掌握中关铁矿注浆堵水帷幕区域水文地质条件、堵水帷幕的施工工艺以及岩石物理力学性质参数,用AutoCAD建立了矿区的三维地质模型,并将其经由3DMAX导入到中视典虚拟现实系统VRP中,实现漫游功能和矿体的消隐；(2)将三维地质模型简化为可供数值计算的力学模型,解决了该软件建立复杂模型困难的问题。导入到有限元分析软件COMSOL中,对堵水帷幕区域内的应力分布进行了数值模拟计算,划分出应力扰动严重区和明显区,为矿山建设提供参考；(3)结合数值分析结果和现场资料,提出了监测矿区水位的五孔监测方案,分析了数值法预测涌水量的优异性,并用数值法预测了矿坑的涌水量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 涌水量计算方法
• 1.2.2 流固耦合理论
• 1.3 本文的研究内容和主要方法
• 第2章 矿区地质采矿条件
• 2.1 矿区概况
• 2.2 工程地质水文地质条件
• 2.3 采矿条件
• 2.4 帷幕工程
• 2.5 首采区疏干工程
• 第3章 三维地质建模
• 3.1 AutoCAD建立模型
• 3.2 VRP系统简介
• 第4章 帷幕渗流应力场计算与分析
• 4.1 渗流基本概念
• 4.1.1 Darcy定律
• 4.1.2 渗流连续方程
• 4.2 渗流应力耦合理论方程
• 4.2.1 应力场作用下的渗流微分方程
• 4.2.2 渗流场作用下的平衡微分方程
• 4.3 模型建立
• 4.4 计算结果分析
• 4.4.1 工况1
• 4.4.2 工况2
• 4.4.3 工况3
• 第5章 首采矿段突水监测及涌水量预测
• 5.1 水文监测孔位置选择
• 5.1.1 监测孔Ⅰ
• 5.1.2 监测孔Ⅱ
• 5.2 水位监测孔方案
• 5.2.1 监测孔Ⅳ
• 5.2.2 监测孔Ⅳ
• 5.2.3 监测孔Ⅴ
• 5.3 涌水量预测
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文的结论
• 6.2 今后的工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介